Sistem Pentru Masurarea Radiatiei Solare

Realizare unui studiu de fezabilitate a panourilor fotovoltaice

Cuprins:

1. Introducere INTRODUCERE

CAPITOLUL 1.RADIATIA GLOBALA-GENERALITATI

1.1.Informatii generale privind Soarele

1.1.1.Fotosfera

1.1.2.Cromosfera si coroana solara

1.1.3.Protuberantele

1.1.4.Eruptiile solare

1.1.5.Petele solare

1.1.6.Ciclul petelor solare

1.2.Efectul energetic al soarelui

1.2.1.Radiatia solara

1.2.2.Soarele si balanta de energie

1.2.3.Cantitatea si calitatea radiatiei solare

1.2.4.Efectul pantei asupra radiatiei solare

1.2.5.Activitatea solara si clima

1.3.Tipologia radiatiei solare

1.3.1.Radiatia solara directa

1.3.2.Radiatia solara difuza

1.3.3.Radiatia solara globala

1.3.4.Radiatia solara reflectata

1.3.5.Radiatia absorbita

2. Stadiul actual

3. Dispozitivul

3.1 Modelul ales

3.2 Module auxiliare

3.3 Alte componente

4. Schema Bloc

5. Modelul ales pentru implimentarea dispozitivului pentru efectuarea masuratorilor

6. Adaptibilitatea dispozitivului

Introducere

INTRODUCERE

Am ales pentru lucrarea de diploma aceasta tema, intitulata “Sistem pentru masurarea radiatiei solare”, deoarece radiatia solara constitue principala sursa energetica a fenomenelor naturale. Radiatia solara este cea care prin încalzirea diferentiata a suprafetei terestre produce miscarile atmosferei cu varietatea lor extraordinara de forme de la uragane pâna la cele mai slabe adieri ale vântului. Tot radiatia solara, este cea care prin procesul de fotosinteza este transformata în hrana necesara vegetatiei terestre. Modelarea reliefului începe si ea cu minusculele fisuri provocate de incalzirea si racirea rocilor sub influenta radiatiei solare. Si exemplele pot continua. De aceea orice analiza a unui fenomen natural trebue sa aiba în vedere si radiatia solara. Ea constitue si o inepuizabila sursa de energie pentru om, mai ales a ea este o energie curata, neplouanta. S-a dezvoltat chiar si o arhitectura solara, care tine seama de necesitatile de captare si de stocare a acestei energii.

In conditiile actuale, in care problematica energetica castiga in importanta, iar protectia mediului a devenit o cerinta a societatii, s-au intensificat si eforturile pentru dezvoltarea tehnologiilor de valorificare a energiilor neconventionale (solare, eoliene, geotermale etc.).

Dezvoltarea si perfectionarea tehnologiilor de captare si valorificare a radiatiei solare ramane un subiect de actualitate, datorita avantajelor pe care energia solara le ofera:

• Soarele este o sursa de energie nepoluanta si practic inepuizabila, – la scara omenirii – estimandu-se o durata a existentei radiatiei sale de cel putin 4 bilioane de ani; Soarele emite in spatiu o cantitate mare de energie, din care Pamantul primeste anual circa 2,8×1021 kJ; are un potential energetic urias, astfel incat daca s-ar acoperi a mia parte din suprafata Pamantului cu captatori avand un randament de 5%, s-ar obtine anual circa 60 miliarde de MWh; este o sursa de energie dispersa, fapt ce permite utilizarea ei prin conversie in alte forme de energie, direct la locul de consum, eliminandu-se astfel transportul la distanta; [2]

• energia solara poate fi transformata in alte forme de energie – termica, electrica, mecanica sau chimica, cu ajutorul captatoarelor. Forma, tipul si marimea acestor instalatii/dispozitive de conversie a energiei solare depinde de energia nou creata si pot fi executate in variante constructive simple sau mai complexe, obtinandu-se performante corespunzatoare tehnologiilor folosite.

Pentru a putea fi folosita radiatia solara trebue sa fie masurata, analizata în distributia ei spatio-temporala. Nu trebue uitat ca radiatia solara este în acelasi timp un fenomen fizic cât si astronomic, ea fiind influentata de geometria Pamânt – Soare.[1]

CAPITOLUL 1.RADIATIA GLOBALA-GENERALITATI

1.1.Informatii generale privind Soarele

La fel ca și celelalte stele, Soarele este o enormă sferă cu raza de 695.000 km, având o densitate medie de 1400 kg/m3, iar masa lui reprezintă 99,85% din masa totala a sistemului solar. El este format în principal din hidrogen ( 71% hidrogen, 27% heliu și 2% alte elemente). În centrul Soarelui temperatura este de 15.6 milioane grade Kelvin iar presiunea este de 250 miliarde atmosfere, de 100 de milioane de ori mai mare decât cea din centrul Pământului. În centrul miezului, densitatea Soarelui este de 150 de ori mai mare decât cea a apei. Energia solară (386 miliarde de miliarde de megawați) provine din reacțiile termonucleare ce au loc în nucleul sau, unde la temperaturi ridicate patru nuclee de hidrogen fuzionează pentru a produce un nucleu de heliu cu eliberarea unei energii uriașe. În fiecare secunda, aproximativ 700000000 tone de hidrogen sunt convertite în 695000000 tone de heliu și 5000000 tone de energie sub formă de raze gama. Energia eliberată în acest proces este echivalentă cu cea eliberată de explozia a 100 de miliarde de bombe cu hidrogen pe secundă. În drumul său spre suprafața, energia este continuu absorbită și reemisă la temperaturi tot mai scăzute astfel încât în momentul când ajunge la suprafața, este în mare parte lumină vizibila. Pentru ultima porțiune de 20% din distanța pe care ii are de parcurs până la suprafața, energia este transportată mai mult prin convecție decât prin radiație.

Soarele este format dintr-o parte centrală și atmosfera solară. Atmosfera solară este compusă din: fotosfera, cromosfera și coroana solară [7, 8].

1.1.1.Fotosfera

Fotosfera se gasește la baza atmosferei și are temperaturi de 5800ºC. Ea este cea care îi conferă Soarelui aspectul unui disc cu marginea foarte clara. Ea formează ceea ce se numeste “suprafața solara“. Întreaga lumina a Soarelui provine de la acest înveliș cu grosimea de aproximativ 300 km. Vazută de la distanța, fotosfera are o structură granulară și se prezintă ca o retea de bule de gaz de mărimi foarte mari aflate în permanentă mișcare, ce apar, se modifică și dispar în aproximativ 10 minute. Acestea sunt formațiuni de materie gazoasă și pot fi asemănate cu niște boabe de orez cu dimensiunile cuprinse între 250 și 1500 km în diametru. Ele sunt determinate de gazele fierbinti care ajung în fotosferă din zona de convectie aflată sub fotosfera.

Spre marginea discului solar se mai pot observa unele regiuni mai stralucitoare decât fotosfera, numite facule. Temperatura faculelor este cu circa 200- 300 de grade mai ridicată decât cea a fotosferei, iar viața lor este de la câteva săptămâni la câteva luni. Câmpul magnetic al faculelor este de sute sau mii de ori mai intens decât câmpul magnetic general al Soarelui (care este de circa 1 Oe). Creșterea intensitații câmpului magnetic este legată de intensificarea convectiei în zona convectiva subfotosferică a Soarelui.[1][2]

La suprafața fotosferei se pot observa pete mai întunecate numite pete solare care apar în regiunile faculelor în care câmpul magnetic are cea mai mare intensitate. Petele solare apar după cicluri de 11 ani și au o durată de viață de câteva săptămâni sau uneori chiar luni. Petele solare apar în perechi de câte doua, cu polaritate magnetică opusă (N,S). Aceste pete pot masura până la 50000 de km, și au o temperatură de aproximativ 4300ºC. Petele solare tind să ocupe aceleași latitudini în fiecare emisfera. Această latitudine variază de la 45º la 5º în timpul ciclului solar de 11 ani. Urmărind petele solare s-a observat că ele nu ramân în același loc. Această deplasare dovedește că Soarele se învârtește în jurul propriei sale axe.

Formarea petelor solare este legată de existența zonei convective subfotosferice. Miscarea convectiva a plasmei în această zona generează vartejuri magnetice puternice. Dacă acestea intersectează suprafață fotosferei, în regiunile respective se formează două pete solare cu polaritate magnetică diferita. Câmpurile magnetice puternice frânează mișcarea particulelor, de aceea petele au o temperatură mai mică și apar întunecate.

1.1.2.Cromosfera și coroana solara

Cromosfera și coroana solară sunt invelișurile exterioare ale Soarelui. Cromosfera are o grosime de circa 12.000-15.000 de km, temperatura sa crescând odată cu altitudinea, ajungând până la un milion de grade la limită cu coroana solara. Stralucirea ei este de sute de ori mai mică decât a fotosferei. Cromosfera este foarte rarefiata, densitatea ei fiind la limită superioară de 10-12 kg/m3. Printre fenomene nestaționare în cromosfera putem aminti floculii, spiculele și erupțiile cromosferice.

Coroana solară este atmosfera exterioară a soarelui, care nu are o formă bine delimitata, este foarte rarefiată și are o temperatura ce depaseste un milion de grade. Stralucirea ei este de un milion de ori mai mică decât a fotosferei. Coroana este extrem de rarefiata, densitatea ei fiind la limita superioară de 10-20 kg/m3. Printre fenomene nestaționare în coroană putem aminti protuberanțele și regiunile active ale coroanei.

Există unele regiuni ale cromosferei care devin deodată foarte stralucitoare, numite erupții solare, urmate de jeturi imense de gaz, protuberanțe, ce se ridică în cromosferă și coroană. Ele au aspectul unor filamente întunecate.

În permanență, un flux de particule foarte rapide (electroni, protoni, ioni) părăsește Soarele prin coroană. Acestea sunt vânturile solare.[1]

1.1.3.Protuberanțele

Protuberanțele sunt nori de gaz incandescent care se pot observa sub aspectul unor țâșnituri ale materiei din cromosferă spre coroană. Protuberanțele pot apărea ca niste limbi de foc care se înalță deasupra cromosferei. Acestea sunt mai puțin stralucitoare decât fotosfera și deci pot fi observate numai în timpul eclipselor totale de Soare sau cu aparate speciale.

Unele din protuberanțe sunt calme, durând chiar mai multe rotații solare, altele se caracterizează prin dinamism și schimbări rapide. Apariția acestora din urmă este legată de petele solare.

1.1.4.Erupțiile solare

În timpul unei erupții solare, o cantitate enormă din energia care se afla în cromosferă și în coroană este eliberată dintr-o data. Materia este proiectată în coroană și deoarece particulele sunt accelerate la viteze foarte mari (150.000 km/h) ele sunt expulzate în spațiul interplanetar, generând rafale ale vântului solar. 

În vecinătatea Pamântului viteza particulelor care formează vântul solar este în medie de 350 km/s și crește în urma unei erupții la 800 km/s. De asemenea, crește și concentrația lor, de la 5-10 particule/cm3 la 100 particule/cm3. Aceste perturbații afectează câmpul magnetic terestru, deformându-l. Particulele încărcate electric, care în mod normal sunt deviate de câmpul magnetic terestru, urmăresc liniile de câmp în regiunea polilor și pătrund în atmosferă încălzind-o, producând raze X și gaze ionizate.

Ca efecte putem menționa aurorele polare, perturbarea telecomunicațiilor, apariția unor supratensiuni pe liniile de transport ale energiei electrice care pot deteriora retelele de distribuire ale electricitații. De asemenea, ca urmare a încălzirii produse atmosferei, aceasta se extinde, ceea ce constituie o piedică pentru sateliti, având ca efect scoaterea lor de pe orbita.

Observarea Soarelui a pus în evidență faptul că apariția protuberanțelor și a erupțiilor este strâns legată de prezența petelor solare, întreaga activitate solară având deci un ciclu de 11 ani.[3]

1.1.5. Petele Solare

Dintre toate fenomenele solare, petele par a fi cel mai remarcabil mod de activitate solara. Acestea sunt ușor de pus în evidență și au fost observate din timpuri străvechi.Petele solare privite printr-un telescop prezintă o regiune centrală întunecată, numită umbra, înconjurată de o zona mai luminoasa, penumbra. Ele apar întunecate datorită faptului că temperatura lor este mai mică decât a fotosferei. O pată solară apare la început ca un por care se dezvoltă și poate să aiba o durată de viață de la câteva săptămâni la câteva luni [8].

Culoarea închisă a petei srice care pot deteriora retelele de distribuire ale electricitații. De asemenea, ca urmare a încălzirii produse atmosferei, aceasta se extinde, ceea ce constituie o piedică pentru sateliti, având ca efect scoaterea lor de pe orbita.

Observarea Soarelui a pus în evidență faptul că apariția protuberanțelor și a erupțiilor este strâns legată de prezența petelor solare, întreaga activitate solară având deci un ciclu de 11 ani.[3]

1.1.5. Petele Solare

Dintre toate fenomenele solare, petele par a fi cel mai remarcabil mod de activitate solara. Acestea sunt ușor de pus în evidență și au fost observate din timpuri străvechi.Petele solare privite printr-un telescop prezintă o regiune centrală întunecată, numită umbra, înconjurată de o zona mai luminoasa, penumbra. Ele apar întunecate datorită faptului că temperatura lor este mai mică decât a fotosferei. O pată solară apare la început ca un por care se dezvoltă și poate să aiba o durată de viață de la câteva săptămâni la câteva luni [8].

Culoarea închisă a petei solare se datorează faptului că există un efect de contrast între stralucirea normala a fotosferei și stralucirea petelor care au o temperatură mai scazută (aproximativ 4230 grade Celsius). Dimensiunile, aspectul și pozitia petelor solare sunt variabile în timp. O pată obisnuită are diametrul de circa 7.000-15.000 km, dar uneori pot ajunge la până la 50.000 km, iar în cazuri excepționale pot avea diametre mult mai mari (cea mai mare pată a fost observată în 1947, ea având diametrul de 230.000 km). Pentru a le putea vedea cu ochiul liber diametrul lor trebuie să fie de cel puțin 40.000 km – probabil că despre astfel de pete se vorbește în cronicile medievale.

Din studii statistice s-a constatat că activitatea petelor solare, adică numarul lor și suprafața ocupată de ele variază ciclic, cu o perioada de 11 ani. După un an cu activitate maxima, în 7 ani activitatea scade la minim, după care în 4 ani se atinge iar un maxim. Această periodicitate se numeste ciclul activitații solare și este foarte importantă deoarece odată cu variația petelor solare au loc și alte variații în modul de manifestare a activitații solare.

Petele solare reprezintă zone cu câmpuri magnetice foarte puternice. Măsuratorile au aratat că în petele solare există un câmp magnetic de circa 9.000 de ori mai intens decât cel al Pământului. Petele solare se comportă ca polii unui imens magnet, ele apar de multe ori perechi având polaritați opuse.[1][3]

1.1.6.Ciclul petelor solare

Observarea petelor solare a început în 1610, atunci când Galileo Galilei și-a îndreptat telescopul spre soare. Observații zilnice au fost inițiate la observatorul din Zurich în 1749. Numarul de pete solare este calculat socotind prima dată numarul de grupuri de pete și apoi numărul de pete individuale. Numarul de pete solare este dat de suma numărului de pete individuale și de zece ori numarul de grupuri. Deoarece majoritatea grupurilor au, în medie, aproximativ zece pete, această formulă de socotire a petelor dă rezultate chiar atunci când condițiile de observare nu sunt ideale și când petele mici sunt greu de observat [7].

Media lunară a numarului de pete arată că numarul de pete vizibile crește și scade după un ciclu de aproximativ 11 ani (figura 1).

Figura 1.1. Evoluția numarului de pete solare între 1985 și 2005 [6]

Primele înregistrari ale petelor solare au indicat că soarele a trecut printr-o perioada de inactivitate în secolul 17, după cum a raportat în 1893, astronomul englez E.W. Maunder. Foarte puține pete au fost observate între anii 1645-1715. Această perioadă de inactivitate solară a corespuns unei perioade climatice numită „Mica glaciațiune” (sau minimul lui Maunder) când râurile neînghetate și terenurile neacoperite de zăpadă au rămas doar la latitudini mici. Este evident că soarele a avut perioade similare de inactivitate și în trecut.

Observații detaliate ale petelor solare au fost efectuate de Observatorul din Greenwich din 1874. Aceste observații au inclus informații despre marimea și poziția petelor solare ca și despre numărul lor. Observațiile au aratat că petele nu apar pe toată suprafața soarelui ci sunt concentrate în două benzi latitudinale așezate simetric față de ecuator (diagrama arată ca un fluture – figura 2). Pe masură ce ciclul de 11 ani progresează, benzile de la latitudine medie se extind și se deplasează spre ecuator.

Figura 1.2. Petele solare sunt concentrate în două benzi latitudinale așezate simetric

față de ecuator.[6]

Deși petele solare produc doar un efect minor asupra emisiei solare, activitatea magnetică care acompaniază petele solare poate produce schimbări dramatice în nivelul de radiație ultravioletă și a razelor X. Ciclurile solare au consecinte importante asupra atmosferei înalte.

1.2.Efectul energetic al soarelui

1.2.1.Radiația solara

Soarele este o masa de materie gazoasă și fierbinte care emite radiații la o temperatura efectiva de aproximativ 6000oC și care degaja cantități enorme de energie la suprafața lui. O mică fracțiune din această energie ajunge pe Pământ.

Din punct de vedere observațional, radiația solară este caracterizată cantitativ prin marimea numită constanta solara. Constanta solară reprezintă cantitatea de energie solară (integrala) ce este primită pe o suprafață normala (plasată perpendicular pe directia razelor solare) situată la limita atmosferei terestre, la distanța medie a Pământului de Soare, în unitatea de timp. Valoarea constantei solare este de 1,355 kW/m2 (1.94 cal/cm pătrat pe minut). Această valoare se modifică datorită variației periodice a distantei Pământ – Soare și datorită fenomenelor solare.

Fluxul integral de energie radiantă care vine de la Soare spre Pământ este variabil, în funcție de variația distantei Pământ – Soare. Distanța medie Pământ – Soare este de aproximativ 149 milioane km, iar traiectoria Pământului în jurul Soarelui este o usoară elipsă excentrica; această distanță se modifică periodic odată cu solstițiul de vara, respectiv solstițiul de iarna.

Radiația ce vine de la soare include tot spectrul radiației electromagnetice. Atmosfera terestră este transparentă la majoritatea radiațiilor de anumite lungimi de undă din spectrul vizibil dar absoarbe radiația ultravioleta. O parte din lumina este reflectată înapoi în spațiu de catre nori. Altă parte din radiație este reflectată de suprafața pământului, în special de zapadă și gheața. Procentul de radiație solară absorbită de pământ depinde de abundența și distributia norilor, pământului, apei, ghetii și a vegetației. Albedo-ul este procentul de radiație reflectată comparativ cu cea absorbita. Oceanele au un albedo scazut (7 la 23 %), deoarece apă este întunecată și absoarbe lumina incidenta. Suprafața pământului are un albedo ce se modifică de la scazut la moderat (8-35 %). Gheața are un albedo ridicat (40-90%), ea reflectând majoritatea luminii ce cade pe ea. Un albedo mediu este în jur de 30% [9-13].

Radiația globala primită de la Soare de catre o suprafața orizontala la nivelul solului, pentru o zi senina, se compune din suma între radiația directă și radiația difuza.Radiația solară directă depinde de orientarea suprafeței receptoare.Radiația difuză poate fi considerată aceeași, indiferent de orientarea suprafeței receptoare, chiar dacă în realitate există mici diferente.

Radiația solară este influentată de modificarea unghiului de înaltime al Soarelui, a înclinarii axei Pământului, de modificarea distantei Pământ – Soare precum și de latitudinea geografica.

Factorii meteorologici care au o influentă importantă asupra radiației solare la suprafața Pământului sunt: transparentă atmosferei, nebulozitatea, felul și pozitia norilor.

Relația dintre factorii meteorologici și radiația solară este monitorizată lunar și pentru fiecare anotimp în diferite zone.

1.2.2. Soarele și balanța de energie

Climatul pământului este dat de interacția dinamică între radiația solară și atmosfera, hidrosfera, biosfera, criosfera și litosfera sa. Climatul pământului este rezultatul balantei de energie între radiația primită și cea cedată [9].

Sursa de energie ce conduce sistemul climatic este radiația solara. Aproximativ jumatate din radiație este în zona lungimilor de undă ale radiațiilor vizibile. Cealaltă parte este aproape de infraroșu, iar o mică cantitate în ultraviolet. Fiecare metru patrat din suprafața pământului în afara atmosferei primește o medie anuală de radiație solară de 342 wați, 31% din ea fiind imediat reflectată înapoi în spațiu de nori, de atmosfera, și de suprafața pământului. Din partea care rămâne de 235 Wm−2, o parte este partial absorbită de catre atmosferă, dar circa 168 Wm−2 încălzește suprafața pământului și a oceanelor. Suprafața pământului retrimite o parte din energie înapoi în atmosferă sub formă de radiații infrarosii sau ca vapori de apa.

Fiecare obiect fizic radiază energie într-o cantitate și la o lungime de undă tipică pentru temperatura obiectului. La temperaturi mai înalte este radiată mai multă energie la lungimi de undă mai mici. Pentru ca pământul să radieze 235 Wm−2 va trebui să radieze la o temperatura de −19°C cu lungimi de undă în zona infrarosie a spectrului. Această temperatură este cu 33°C mai scazută decât temperatura medie de 14°C de la suprafața pământului.

După anii ’70 s-a masurat din spațiu radiația totala solară și s-a constatat că, „constanta” solară de fapt variază. Între minimul și maximul ciclului solar de 11 ani, variația radiației totale solare este de 0.08% (aproximativ 1.1 Wm−2). Deși instrumentele sunt capabile de această precizie, calibrarea lor absolută este mult mai slaba, momentan find estimată la circa 4 Wm−2 [3].

Deoarece masurarea directă a radiației totale solare este posibila doar de câtiva ani, pentru reconstructia radiației totale solare din trecut, se recurge uzual la anumiti indicatori ca: numarul petelor solare, diametrul soarelui, etc., care sunt calibrați în funcție de radiația totala solara. Datele publicate de diversi autori sunt însă contradictorii și astfel nu este foarte clar dacă indicatorii sunt satisfacatori pentru indicarea valorilor vechi ale radiației totale solare.

Cunoașterea radiației totale solare este nesigură chiar și de-a lungul secolului XX, ca să nu mai vorbim de trecut. De asemenea încă nu este sigur dacă stratul de ozon se modifică odată cu modificarea radiației totale solare sau dacă razele cosmice au un impact asupra formarii norilor.

Din punct de vedere energetic, partea cea mai importantă a energiei radiației solare din afara atmosferei se gaseste în intervalul spectral 0,20 – 3,0µm. În acest interval, este emisă aproximativ 97% din energia totala, iar diferența de 3 % este emisă în bandă de emisie cuprinsă între 1010 și 103 m.

Din punct de vedere al cantității și tipului de energie transmisa, radiația solară care ajunge pe pământ este compusă din: 3% radiație ultravioletă + 55% radiație infrarosie + 42%  lumina vizibila. Fiecareia din aceste trei parti ale radiației ii corespunde câte un spectru definit prin urmatoarele intervale de lungimi de unda:  

– radiația ultraviolet de la 0,28 la 0,38 microni,

– radiația vizibila de la 0,38 la 0,78 microni, 

– radiația infrarosie de la 0,78 la 2,5 microni. 

Repartiția energetică a radiației solare globale, funcție de lungimea de undă între 0,3 și 2,5 microni, pentru o suprafața perpendiculară pe acea radiație, este reprezentată în figura 3.

Figura 1.3. Repartiția energetică a radiației solare globale în funcție de lungimea de unda .[6]

Radiația solară globala ultravioleta, indiferent de momentul din an, prezintă un mers diurn ascendent în prima parte a zilei, până la amiaza, când se ating de regula, valorile maxime. în a doua parte a zilei, radiația ultravioletă prezintă un mers descendent (figura 4).

Figura 1.4. Variația zilnică a radiației solare globale ultraviolete (285-385 nm) pe suprafața orizontala, la Bucuresti.[6]

1.2.3. Cantitatea și calitatea radiației solare

In stratosfera, majoritatea radiației solare este absorbită de stratul de ozon. în atmosfera, gazele ce dau efect de seră (dioxidul de carbon, apa, etc.) absorb radiația infrarosie. Radiația vizibila trece prin atmosfera și ajunge la suprafața pământului. Norii joacă de asemenea un rol însemnat.

Deoarece atmosfera filtrează radiația solara, cu cât această este mai groasa, cu atât atenuarea radiației solare este mai mare. Astfel, soarele este mai intens când este direct deasupra capului (90˚).Când soarele este doar la 4˚ deasupra orizontului radiația solară trebuie să treacă printr-un strat de 12 ori mai gros decât atunci când este la 90˚. Aceasta explică de ce este posibil să ne uitam direct la soare la apus și la rasarit fară să orbim.

La altitudini scazute, radiația solară cu lungimi de undă mici este mult mai mică decât la altitudini ridicate, în special datorită creșterii densitații atmosferei și a ptezenței vaporilor de apă și a dioxidului de carbon care absorb această radiație. în general atmosfera acționează ca un filtru, cantitatea de energie ce atinge suprafața marii este doar jumatate din cea de la întrarea în atmosfera. Munții înalți trec prin pătura atmosferică joasă și astfel primesc o cantitate mai mare de radiație solară atât în domeniul vizibil cât mai ales în ultraviolet [14].

In munți, relația între stimulare și reactie este mai rapida. Mediul alpin este special prin faptul că aerul curat permite trecerea radiațiilor solare, dar datorită topografiei, suprafetele expuse la soare și cele aflate în umbră se modifică rapid. Aerul de langa pământ se poate încălzi rapid pe directia razelor solare dar se raceste tot atât de repede când directia razelor solare este blocata. Vara, când cerul este senin, există cu 21% mai multă radiație la 3000 de metrii decât la 200 de metrii, dar când cerul este acoperit, există cu 160% mai multă radiație. Cerul acoperit este mult mai eficient la filtrarea radiațiilor cu lungime de undă mica.[4]

Constanta solară este definită ca și cantitatea medie de radiație primită de la soare la începutul atmosferei, pe o suprafața perpendiculară pe radiația solara. Aceasta este aproximativ 1365 Wm-2 (2 calorii pe centimetru patrat pe minut). La amiaza, fluxul de energie solară în muntii înalti a fost calculat ca fiind 1263 Wm-2 (1.85 cal. cm-2 min-1), însă în Alpi s-a masurat o valoare de 1529 Wm-2 (2.25 cal. cm-2min-1), 112% din constanta solara. Radiația adiționala vine din reflectarea radiației solare de catre nori și stratul de zapada.

1.2.4. Efectul pantei asupra radiației solare

Energia primită de o suprafața în munti poate varia semnificativ datorită a două efecte: topografia și caracteristicile suprafetei. în munti, fiecare pantă are un potential diferit de recepționare a radiației solare. Cantitatea poate fi cunoscută dacă se cunoaște latitudinea, înaltimea soarelui, ora, elevația, unghiul pantei și orientarea pantei.Majoritatea pantelor montane primesc mai puține ore de radiație solară decât o suprafața plana. La tropice, suprafetele plane primesc uzual o cantitate mai mare de radiație decât pantele, deoarece soarele este totdeauna înalt pe cer. în emisfera nordica, pantele cu fața spre sud sunt mai calde și mai uscate decât pantele cu fața spre nord, și în condiții de umiditate, sunt mai favorabile vietii. Copacii cresc mai înalti pe pantele cu fața spre sud, iar diversitatea lor este mai mare. în Alpi, primavara, pantele cu fața spre nord pastrează zapadă mult mai mult timp decât cele cu fața spre sud.[4]

Muntii au o gamă larga de tipuri de suprafete: acoperite de iarba, de zapada, de gheața, de apa, de padure, desert, pământ, roci, etc. Această varietate de suprafete afectează recepționarea radiației solare. Suprafetele închise la culoare, inclusiv vegetația, mai degraba absorb decât reflectă radiația, primind cantități crescute de energie. Zapada și rocile de culoare deschisă au o relexie înaltă (albedo), astfel încât majoritatea energiei provenită de la radiațiile de lungime de undă mică este pierduta. Dacă într-o vale se afla zapadă pe o pantă concava, energia reflectată de aceasta poate crește bugetul de energie pe o pantă mai înalta.în muntii înalti, energia reflectată este o sursă importantă de caldura pentru copaci. Zapada se topeste mai repede în jurul copacilor, deoarece caldura este transferată ca energie termică de lungime de undă mai mare la suprafetele adiacente.

1.2.5. Activitatea solară și clima

Petele solare au fost observate în mod constant în ultimii 400 de ani, de la descoperirea lor de către Galilei, în 1610. Așa s-a observat, se pildă, că între 1645 și 1715, pe suprafața Soarelui au existat mult mai puține pete decât normal. Această perioadă a fost numită Minimul Maunder, după numele astronomului englez care a studiat-o. Ea a coincis cu o lungă perioadă de vreme rece, denumită adesea "Mica Glaciațiune". O perioadă în care în Europa a fost neobișnuit de frig, foarte multe precipitații, foarte multă zăpadă. O perioadă în care, în Anglia, Tamisa îngheța în mod frecvent, iar temperaturile coborau iarna, chiar în sudul Europei, mult sub zero grade.

Figura 1.5. Ciclul petelor solare în timp.[3]

Dacă analizăm evoluția climei terestre din ultima mie de ani, putem observa și alte asemenea perioade de răcire temporară a climei. Mai multe studii pe această temă au pornit de la analiza inelelor de creștere ale copacilor, care ne pot spune cum au fost anii în care s-au format sau de la analiza unor probe de gheață colectate din ghețarii din apropierea polilor care ne arată cum a evoluat activitatea solară în ultimele mii de ani. Variația radiației totale solare în ultimii mii de ani poate fi deci reconstruită din informații înregistrate de anumiți indicatori ai climei cum sunt: inelele copacilor (se determina C14) sau eșantioanele de gheață (se determină Be 10), ambii izotopi formându-se datorită interacției radiației solare cu atmosfera înalta. Există desigur și incertitudini substanțiale în aceste reconstrucții [4].

Ciclul petelor solare, deși constant ca durata, prezintă schimbări marcante în numarul de pete, după cum se vede din figura 5 pentru perioada 1600-2000.

In ultimul mileniu au fost reconstituite trei episoade cu minime ale petelor solare in tabelul 1.6 .

Tabelul 1.6. Minime ale petelor solare în ultimul mileniu[3]

Existența Minimului lui Maunder este confirmată de observațiile istorice ale aurorei boreale care se observa în mod normal la latitudini mai mari de 60°. Aurora se formează în ionosfera, la 120-480 km deasupra pământului. Culoarea este generată de interacțiunea electronilor care posedă energie cu atomii de oxigen. Atomii de oxigen sunt excitați. Ei se reintorc în starea de bază emițând lumina la două lungimi de undă 0.557 µm (verde) și 0.630 µm (rosie).

Aurora boreala este rezultatul vizibil al descarcarilor electrice în magnetosfera, datorită vantului solar. Aurora este deseori acompaniată de puternice tulburari geomagnetice. Incidența aurorei boreale urmează un ciclu similar cu cel al petelor solare. în timpul perioadei Minimului lui Maunder, aurora boreala a fost extrem de rara. Astronomul englez Edmund Halley a vazut prima dată aurora boreala în 1716 la sfârșitul perioadei Minimului lui Maunder, la varsta de 60 de ani, deși a cautat-o noapte de noapte din tinerețe. Astăzi aurora se poate vedea în fiecare noapte la latitudini mari.

Comparând evoluția petelor solare cu clima, se constată că în perioada numită Minimul lui Maunder, când practic nu s-au înregistrat pete solare, clima a fost foarte rece, perioada fiind numită “Mica glaciațiune” [20-22].

Deși în prezent este la modă teoria care susține că încălzirea globala din secolul XX se datorează omului din cauza emisiilor nenaturale de substanțe care dau efect de sera, mult mai probabil este totuși că soarele este principalul conducător al evoluției climei pe pământ.

Capacitatea soarelui de a modifică clima pe pământ nu se datorează doar încălzirilor și racirilor ciclice ale soarelui (manifestate prin ciclului de 11 ani al petelor solare) ci și prin schimbarea spectrului solar în directia creșterii radiației ultraviolete în comparație cu radiația vizibila și infrarosie (figura 6) [23].

Figura 1.7. Schimbarea spectrului solar (modificarea radiației ultraviolete în comparație cu radiația vizibila și infrarosie) în timp.[5]

Sporirea disproporționată a partii ultraviolete a spectrului solar afectează stratul de ozon și alti parametrii atmosferici care amplifică încălzirea climei. De asemenea, schimbările recente ale activitații magnetice solare influentează radiația cosmică ce ajunge pe pământ, care modelează norii și astfel temperatura. Cercetătorii au identificat astfel trei mecanisme separate prin care soarele poate încălzi sau răci pământul [24].

Intr-un studiu recent al sedimentelor marine extrase din nordul Islandei [25] s-a constatat existența unei periodicitați a climatului pe o scară de la decade de ani la milenii, incluzând periodicitați de 88, 125 și 200 ani care sunt asociate cu activitatea solara. Datele prezentate arată relații semnificative între variația activitații solare în Halocen și schimbările înregistrate în atmosfera și în curentii oceanului Atlantic.

1.3.Tipuri de radiatii solare

1.3.1.Radiatia solara directa

Radiatia solara directa este radiatia provenita direct de la discul solar. Valorile radiatiei solare directe depind, în principal, de doi factori: geometria Pamânt – Soare si de caracteristicile optice ale atmosferei. Geometria Pamânt – Soare este o consecinta a miscarilor în timp ale Pamântului în jurul Soarelui, a înclinarii axei terestre si a formei sferice a globului terestru. 54

In fiecare moment din an cuplul Soare – Pamânt se gaseste în relatii geometrice impuse de miscarea de revolutie a Pamântului în jurui Soarelui. Aceasta face ca mersul aparent al Soarelui pe bolta cereasca, înaltimea Soarelui(ho) sa varieze în functie de momentul din an. In cazul latitudinilor tarii noastre înaltimea Soarelui prezinta un mers diurn ascendent pâma la momentul trecerii Soarelui la meridianul locului (amiaza adevarata), când atinge valoarea maxima, dupa care ea scade în cea de a doua parte a zilei. Anual ho creste de la momentul solstitiului de iarna (luna decembrie),când atinge valorile minime, spre solstitiul de vara (iunie), când atinge valorile maxime. O astfel de variatie diurna si anuala îsi va pune amprenta asupra regimului radiatiei solare directe. Variatia înaltimii Soarelui sau a complementului sau, distanta zenitala, face ca lungimea drumul parcurs de radiatia directa prin atmosfera, masa atmosferei, sa varieze si de aici intensitatea fenomenului extinctiei.[8]

Variatia diurna si anuala a radiatiei directe medii

Radiatia solara directa are un mers diurn si anual specific latiutdinilor medii, simteric fata de momentul amiezii adevarate, si fata de luna iunie, momentul solstitiului de vara. De la momentul rasaritului, radiatia solara directa crste, în paralel cu înaltimea Soarelui deasupra orizontului, pentru ca la momentul trecerii Soarelui la meridianul locului sa atinga valorile maxime. Acesta este mersul zilnic ante – meridian (am). In cea de-a doua parte a zilei, post – meridian (pm), radiatia solara directa scade pâna la momentul apusului

In cursul anului radiatia solara directa prezinta un mers ascendent, începând din luna decembrie, când se ating cele mai mici valori anuale, spre lunile de vara când se ating, de regula cele mai mari valori. Fenomenul urmareste evolutia anuala a înaltimii Soarelui la latitudinile noastre, generat de geometria Pamânt – Soare. Cele mai mari valori medii anuale se ating în lunile de vara. In aceasta perioada, la majoritatea statiilor radiatia solara directa depaseste 700 W m-2 la amiaza: 796 W m-2 la Constanta, 768 W m-2 la Bucuresti, 775 W m-2 la Iasi, 698 W m-2 Timisoara. In general în lunile de vara radiatia directa depaseste 600 W m-2 între orele 9 si 15. Maximul anual se atinge, la majoritatea statiilor, în luna iunie, luna cu cele mai mari valori ale înaltimii Soarelui, deci traseul optic strabatut de razele solare prin atmosfera este cel mai scurt. Valorile medii anuale cele mai scazute din an se produc în lunile de iarna cu un minim în luna decembrie, luna solstitiului de iarna. In acest anotimp, intensitatea radiatiei solare directe depaseste în orele amiezii 400 W m-2 pâna la peste 600 W m-2. Se remarsa valori de iarna, mai mari la: Bucuresti, Iasi , Constanta. Pentru regiunile înalte (Poiana Brasov) variatia anuala a radiatiei solare directe prezinta o serie de particularitati fata de zonele joase. Aici cele mai mari valori medii anuale sunt caracteristice lunilor ianuarie si februarie când în orele amiezii se depaseste 800 W m-2. Fenomenul este explicabil deoarece în aceasta perioada marile înaltimi sunt mult mai însorite si aerul de aici este foarte curat si cu uniditate scazuta, ceeace îl face deosebit de transparent, fata de zonele joase afectate de fenomenele ce însotesc inversiunile termice, frecvente acum. In lunile de vara radiatia directa poate atinge, la orele amiezii, 777 W m-2 în iunie si 754 W m-2 în august.[8]

Variatia latitudinala

Data fiind variatia latitudinala a înaltimii Soarelui, deci a unghiului de incidenta al razelor solare, radiatia directa prezinta si ea o astfel de distributie. Cu toate ca teritoriul tarii noastre prezinta o întindere pe latitudine de aproximativ 4o, totusi acest fenomen este prezent în cazul valorilor medii. Variatia latitudinala este mai puternica în lunile de iarna, atunci când unghiurile de înaltime ale Soarelui sunt mici. Astfel iarna gradientul latitudinal se situeaza în jur de 29 W m-2/ 100 km între Iasi si Constanta si în jur de 14 W m-2 / 100 km între Cluj si Timisoara. Vara acest gradient se mentine în jur de 8 W m-2 / 100 km între Iasi si Constanta, pentru ca între Cluj Napoca si Timisoara el sa nu se manifeste. Dupa cum se observa gradientul latitudinal este mai bine exprimat în regiunile estice unde relieful este mai uniform si conditiile meteo – climatice au un grad mai mare de omogenitate. Variatia latitudinala este puternic perturbata de marea variabilitate a conditiilor meteo – climatice care modifica proprietatile optice ale atmosferei. Astfel se remarca un areal cuprinzând sud – vestul tarii (Timisoara, Craiova, Deva), unde valorile radiatiei solare directe sunt mai mici decât în rest, atât în valori medii cât si în cele extreme, mai ales în lunile de vara. In aceasta perioada valorile radiatiei directe în orele amiezii nu depasesc aici 700 W m-2. Trebue reamintit ca acestei zone îi sunt caracteristice valorile cele mai ridicate ale opacitatii atmosferei din întreaga tara. Mai trebue remarcat ca în general valorile radiatiei solare directe, exceptie facând zona mentionata, sunt mai mari în regiunile din afara arcului Carpatic fata de cele din interior. In mod cert aceste diferentieri sunt unreflex al starii optice a atmosferei, determinata de circulatia maselor de aer. Masele de aer din regiunile estice si sud – estice sunt mai sarace în umezeala si relativ mai transparente decât cele din zonele central – vestice mai umede.

Variatia altitudinala Datele de masura arata ca radiatia solara directa prezinta o pronuntata variatie pe verticala. Cu cât se urca în altitudine valorile radiatiei solare directe cresc. Aceasta se explica prin cresterea gradului de transparenta al atmosferei si implicit scaderea opacitatii si prin micsorarea drumului parcurs de razele Soarelui în atmosfera. Cu toate ca relieful montan din tara noastra este de altitudine medie, el perturba în mod evident distributia spatiala a valorilor radiatiei solare directe[8]

1.3.2.Radiatia solara difuza

Dupa cum s-a vazut din capitolele precedente, radiatia solara directa incidenta în drumul ei prin atmosfera, sufera pe lânga absorbtie si un fenomen de difuzie (împrastiere) prin reflexie si refractie în aerosolul atmosferic. Acest proces este, în mare parte, dependent de dimensiunile constituentilor atmosferici si de concentratia lor. Acest fenomen este dependent, în mare parte, de lungimea traseului optic al radiatiei solare prin atmosfera, deci de unghiul de înaltime a Soarelui deasupra orizontului si nu în ultimul rînd, de intensitatea radiatiei solare directe a carei fractiune din ea sufera procesul de difuzie.

Variatia diurna si anuala a radiatiei difuze medii

Pentru latitudinile tarii noastre, radiatia solara difuza are o variatie diurna specifica, cu un mers ascendent în prima parte a zilei, pâna la amiaza adevarata, când se atinge, de obicei, maximul. In cea de-a doua parte a zilei mersul radiatiei difuze este descendent pâna la momentul apusului. Acest mers este acelasi , îndiferent de momentul din an,difera numai intensitatea sau amplitudinea fenomenului. Astfel în decembrie, valorile medii orare ale radiatiei solare difuze variaza între 105 si 126 W m-2, la Galati si respectiv la Cluj Napoca; la orele amiezii; la ora 9 între 35 W m-2 la Iasi si 63 W m-2 la Craiova si Poiana Brasov; la orele 15, acestea variaza între 42 W m-2 la Iasi si 77 W m-2 la Poiana Brasov. Intr-o luna de vara (iunie), valorile medii orare ale radiatiei solare difuze sunt în jur de 300 W m-2 la amiaza. In restul zilei ele se dispun simetric fata de acest moment, 216 pâna la 270 W m-2, la orele 9 – 15 si scad sub 100 W m-2 la extremitati (orele 6 – 18). ªi acum valorile de la Poiana Brasov sunt mai mari decât cele de la joasa altitudine. In cursul anului radiatia solara difuza medie atinge un minim anual în luna decembrie, luna solstitiului de iarna si un maxim anual în mai – iunie. Minimele de iarna sunt cuprinse între 105 Wm-2 pâna la 137Wm-2. Maximele de vara sunt cuprinse, la amiaza , între 258 W m-2 (Constanta), 279 W m-2 (Craiova si Bucuresti), 286 W m-2 ( Iasi si Timisoara), 300 W m-2 (Cluj Npoca si Galati), 363 W m-2 la Poiana Brasov. In general valorile radiatiei difuze cresc abrupt de la minimul de iarna spre cel de vara, când si amplitudinile zilnice sunt mai mari, dupa care descresc lent, exceptie fâcând Iasul si Galatiul unde scaderea valorilor lunare ale radiatiei difuze se produce brusc între august si octombrie, cu amplitudini zilnice mai mici. Aceasta asimetrie se produce mai ales la momentul amiezii. Deci, cel putin în orele amiezii, radiatia solara difuza este mai mare în prima parte a anului decât în cea de-a doua.

Mersul diurn si anual al radiatiei solare difuze se explica prin faptul ca aceasta este o fractiune din radiatia solara directa dispersata în toate directiile în urma proceselor de difuzie din atmosfera. Dupa cum s-a vazut, fluxul radiatiei solare directe este dependent în principal de geometria Pamânt – Soare materializata prin variatia unghiului de înaltime al Soarelui deasupra orizontului. Radiatia solara difuza variaza si ea în acelasi sens, cu cât unghiul de inaltime al Soarelui este mai mare, cu atât valorile radiatiei difuze cresc. Procesele de difuzie a radiatiei solare în atmoasfera depind si de starea optica a atmosferei, deci de opacitatea acesteia. Deci mersul diurn si anual al opacitatii este în concordanta cu mersul radiatiei difuze. Radiatia solara difuza este mai mare, ziua la amiaza si vara când opacitatea prezinta valori mari. Apoi, valorile mai mici ale opacitatii în perioada toamna – iarna explica valorile corespunzatoare mai mici, ale radiatiei solare difuze. [8]

Radiatia solara difuza si nebulozitatea Intensitatea radiatiei solare difuze este uneori substantial modificata de gradul de acoperire cu nori a boltii ceresti. Norii, mai ales, cei transparenti de tipul cirrus si altocumulus duc la marirea intensitatii radiatiei solare difuze. Pe timp senin (neb. 0 – 3)valorile radiatiei solare difuze sunt mai mici fata de valorile medii ce iau în calcul toate situatiile în care s-a masurat respectiva radiatie. Mersul diurn si anual este acelasi cu cel al valorilor medii, cauzele care le produc fiind în principal aceleasi.

In cazul cerului acoperit (neb. 8 -10),valorile radiatiei difuze sunt mai mari fata de cele pe senin. In acest caz difuzia provocata de constituentii atmosferici este înlocuita de difuzia norilor. Mersul diurn si anual al radiatiei difuze pe timp cer acoperit se aseamana cu cel al difuzei pe timp cu cer senin. Astfel, într-o luna de iarna (decembrie),difuza pe cer noros este cuprinsa între 112 si 172 W m-2 la ora 12 si de 42 si 74 W m-2 la orele 9 si 15.

Vara (iunie)radiatia solara difuza pe cer acoperit este cuprinsa între 300 si 370 W m-2 la orele amiezii si scade sub 100 W m-2 la extremitatile zilei . In lunile de vara, valorile difuzei pe timp cu cer acoperit depasesc frecvent 350 W m-2 la ora 12, iar valorile din lunile de primavara le depasesc pe cele din toamna. Astfel, primavara difuza pe timp cu cer acoperit (orele amiezii), poate varia de la 180 W m-2 pâna la 350 W m-2, în timp ce toamna, între 133 W m-2 pâna la peste 300 W m -2. Pentru orele 9 si 15, se observa ca valorile de la ora 9 sunt în general mai mari fata de cele de la 15, diferenta fiind mai pregnanta în lunile de vara.

Valorile extreme Valorile maxime absolute ale radiatiei solare difuze se produc, de regula, în conditiile cerului partial acoperit de nori si mai ales de nori difuzivi de tip Ac, As. Ele se produc mai ales la momentul amiezii, atunci când Soarele atinge înaltimea maxima si când fluxul radiatiei solare directe este si el maxim. Valorile minime absolute se produc, de cele mai multe ori, la extremitatile zilei sau în cazul cerului complet acoperit cu nori ce produc precipitatii.

Cele mai mici extreme maxime absolute sunt caracteristice lunii decembrie, luna solstitiului de iarna când valorile lui ho sunt cele mai mici din an. Astfel, radiatia difuza este cuprinsa între 244 W m -2 la Poiana Brasov pâna la 307 W m-2 (Cluj – Napoca, Timisoara, Galati si Bucuresti) si 349 W m-2 (Constanta).

Cele mai mari valori maxime absolute ating peste 600 W m-2 si ele ar trebui sa se produca în lunile de vara, de regula, la momentul solstitiului de vara (iunie – iulie). Singur Cluj Napoca se conformeaza regulii atingând în iulie 656 W m -2. . De cele mai multe ori aceste valori se ating în aprilie – mai, Bucuresti 663 W m-2 , Timisoara 649 W m-2 sau Iasi 628 W m-2 si Constanta 614 W m-2. Este perioada din an cu circulatie atmosferica mai intensa, nebulozitate mai mare, atmosfera mai bogata în particule difuzive.

Valorile minime absolute ale radiatiei solare difuze sunt caracteristice orelor extreme din zi, atunci când înaltimile Soarelui deasupra orizontului este minima sau în conditiile cerului complet acoperit de nebulozitate stratiforma deosebit de opaca. Ele sunt cuprinse între 7 si 19 W m -2 în lunile de iarna si ating vara peste 50 W m-2.

Variatia latitudinala si altitudinala Valorile medii ale radiatiei solare difuze prezinta o variatie latitudinala pe teritoriul României, slab conturata, datorita în mare parte a omogenitatii spatiale ale factorilor care produc difuzia radiatiei solare, difuzia moleculara si în aerosol, nebulozitatea, felul norilor.

Totusi se remarca diferentieri între intensitatea radiatiei difuze la statiile din jumatatea nordica a tarii sunt mai mari fata de cele din jumatatea sudica, ceea ce sugereaza o variatie în sens latitudinal asemanator cu cel al radiatiei solare directe. Fenomenul este mai puternic în lunile de vara si între orele 9 – 15, atunci când înaltimile Soarelui sunt mai mari. Gradientul mediu calculat între Iasi – Cluj – Napoca si Bucuresti – Craiova – Constanta – Timisoara este de 11 W m -2 / 100 km .In orele extreme ale zilei acesta este slab exprimat sau chiar inexistent. Iarna valoarea gradientului radiatiei difuze este mai mica, 9 W m -2 / 100 km iar cel mai slab exprimat este gradientul lunilor de toamna când acesta este de 4 W m -2 / 100 km.

Pe acest fond de variatie, destul de clara nord – sud, se mai remarca diferentieri între regiunea extra si intracarpatica în sensul ca valorile radiatiei difuze sunt mai mari în interiorul arcului Carpatic decât în regiunile exterioare. Diferenta se pastreaza, cu valori foarte mici, chiar între Cluj Napoca si Iasi unde valorile medii ale difuzei sunt mai mari.

Mult mai puternica este variatia altitudinala a radiatiei solare difuze. La Poiana Brasov (aprox. 1000 m) valorile medii lunare ale radiatiei difuze sunt constant mai mari decât cele dintr-o regiune joasa, spre exemplu Bucuresti (91 m). Intr-o regiune montana, unde este situata Poiana Brasov, fluxurile radiatiei solare difuze sunt constant mai mari cu 15 – 20%. Gradientul vertical al radiatiei difuze calculat între Poiana Brasov si Bucuresti este cuprins între 9 W m -2/ 100 m pentru lunile de vara si de 2 pâna la 3 W m -2 / 100 m, pentru lunile de iarna. Variatia pe verticala este mai puternica decât cea orizontala deoarece si variatia factorilor difuzivi este mai puternica în sens vertical. Regiunile montane sunt mai umede, aici nebulozitatea se dezvolta mai puternic, mai ale cea convectiva, care sporeste procentajul difuzei. [8]

1.3.3.Radiatia solara globala

Radiatia solara globala (Q) este suma dintre radiatia solara directa (S) si cea difuza (D). Ea este considerata cel mai important parametru radiativ deoarece este prezenta în tot cursul zilei si anului prin cel putin una din componentele sale. In cazul cerului senin: Q = S + D iar în cazul cerului complet acoperit Q = D. Mersul diurn si anual al radiatiei globale este influentat de mersul celor doua componente. Dupa cum s-a vazut din capitolele precedente, radiatia solara directa si difuza sunt influentate, în variatia lor, de unghiul de înaltime al Soarelui deasupra orizontului, urmare a continuei schimbari a geometriei Pamânt – Soare, de starea optica a atmosferei, de gradul ei de opacitate si de nebulozitate.

Variatia diurna si anuala a radiatiei solare globale medii Radiatia solara globala, medie multianuala (Qm), prezinta un mers diurn ascendent în prima parte a zilei urmat de inversul acestuia în a doua parte a zilei. Acest mers urmeaza variatia unghiului de înaltime a Soarelui si tipul de variatie se mentine indiferent de momentul din an, ceeace difera este intensitatea fenomenului . Astfel în luna decembrie, luna solstitiului de iarna, atunci când valorile lui ho, la latitudinile tarii noastre sun cele mai mici din an, intensitatea radiatiei globale este cuprinsa, la orele amiezii, între 154 W m -2 la Iasi si 195 W la Constanta. La orele 9, deci în prima parte a zilei valorile medii ale radiatiei solare globale variaza de la 49 W m-2 (Iasi si Deva) pâna la 91 W m -2 (Craiova), iar în a doua parte a zilei (ora 15), acestea sunt cuprinse între 56 W m -2 (Iasi) pâna la 84 W m -2 (Craiova). Aceste sunt valorile radiatiei globale pentru zonele joase de pâna la 500m. La peste 1000m (Poiana Brasov) ele variaza între 93 W m -2 (ora 9) si 258 W m -2 la orele amiezii.

Pentru o luna de vara (iunie), luna solstitiului de vara, intensitatea radiatiei globale este cuprinsa, la orele amiezii între 684 W m -2 la Deva si 803 W m -2 la Constanta. La extremitatile zilei (orele 6 si 18) radiatia solara globala este cuprinsa între 122 si 161 W m-2. In prima parte a zilei (antemeridian, ora 9) radiatia solara globala variaza între 530 W m -2 (Deva) si 628 W m -2 (Constanta) iar în orele postmeridian (ora15), cuprinsa între 489 W m -2 (Galati) si 621 W m -2 (Constanta). Regiunile în jur de 1000 m nu beneficiaza în aceasta luna de un aport mai mare al radiatiei globale. La Poiana Brasov aceasta nu depaseste la amiaza 721 W m -2 si este cu putin sub 500 W m -2 la orele 9 si 15

In cursul anului valorile radiatiei solare globale se dispun simetric fata de lunile iunie – iulie. Fenomenul este caracteristic poentru toate orele luate în consideratie. Totusi, mersul ascendent din prima parte a anului se face relativ mai lent fata de scaderea din a doua parte a anului care se face mai rapid. Spre exemplu, între martie si mai cresterea lunara a valorilor radiatiei globale se face în medie cu 15 pâna la 20% pe când, numai între septembrie si octombrie, scaderea valorilor se face în medie cu 25-30%, iar pentru octombrie si noienbrie, scaderea este si mai mare, aproape de 45%. Fenomenul se diminueaza în intensitate spre extremitatile zilei. [8]

Cele mai mici valori anuale ale radiatiei solare globale, se produc în lunile de iara, atunci când si valorile lui ho sunt cele mai mici, având un minim anual pronuntat în decembrie. In luna decembrie, fluxul radiatiei globale, la amiaza atinge 200 W m -2, pentru ca în ianuarie – februarie aceasta sa depaseasca 350 W m -2, (363 W m -2 în februarie la Bucuresti si respectiv 356 W m -2 la Cluj Napoca). Primavara, fluxulrile radiatiei globale variaza, la amiaza, între 440 si 468 W m -2 , la Galati, Timisoara si Bucuresti, în luna martie, pentru ca în luna mai, sa atinga aproape 700 W m -2 sau chiar sa depaseasca aceasta valoare ( 712 W m-2 la Constanta sau 726 W m-2 la Bucuresti). Toamna valorile medii lunare se dispun simteric fata de cele de primavara, ele fiind mai mici.

Cele mai mari valori ale fluxului radiatiei solare globale se produc vara, de regula în iunie – iulie când înaltimea Soarelui atinge valorile maxime din an (solstitiul de vara).In lunile de vara, la amiaza, valorile radiatiei solare globale depasesc 700 W m -2 pâna la peste 800 W m -2 si nu scad sub 450 W m -2 între orele 9 si 15.

Maximul de vara se produce în general, în luna iulie, atunci când fluxulrile celor doua componente (directa si difuza) sunt maxime si când frecventa timpului senin este de asemenea, mare. In aceste conditii se atinge la amiaza în iulie, valori între 691 W m-2 (Cluj Napoca) , 719 W m -2 (Iasi si Galati), 726 W m-2 (Deva), 740 W m-2 (Timisoara si Craiova), 768 W m-2 Bucuresti, pâna la 831 W m-2 (Constanta). In regiunile înalte, valorile radiatiei solare globale prezinta acelasi mers diurn si anual, diferentele fiind de natura valorica, la Poiana Brasov fluxurile medii ale lunilor de iarna sunt în general mai mari decât cele din regiunile joase. Chiar valorile minimului de iarna din decemdrie variaza între 93 si 258 W m –2; în ianuarie, acestea ating la amiaza 349 W m-2 si 545 W m-2 (februarie). Fenomenul se produce si vara, fluxurile radiatiei solare globale depasesc pe cele din zonele joase cu exceptia litoralului; în luna iulie, la ora 12 se ating numai 775 W m -2 fata de Constanta cu 831 W m -2, fapt explicabil daca tinem seama de frecventa mai mare a nebulozitatii la altitudine fata de regiunile joase. Pe de alta parte, valorile mai mari ale radiatiei solare globale la altitudine sunt mai mari deoarece si atmosfera este mai transparenta si deci, aportul fluxului radiatiei directe este si el mai mare decât la joasa altitudine. Nu trebue neglijat nici aportul mai mare ale difuzei în marirea fluxului radiatiei solare globale din regiunile înalte, tinându-se seama ca aici atmosfera este mai umeda si nebulozitatea mai dezvoltata, în special cea convectiva.

Radiatia solara globala si nebulozitatea Nebulozitatea exprimata prin gradul de acoperire cu nori a boltii ceresti si mai ales tipurile de nori influenteaza vizibil intensitatea radiatiei solare globale. Cu cât norii sunt mai putin transparenti cu atât fluxul radiatiei globale este mai mic. Fenomenul este cu atât mai intens cu cât valorile lui ho sunt mai mari.[8]

Pe timp cu cer senin (neb. 0-3), valorile radiatiei solare globale (Qo) prezinta un mers diurn si anual asemanator cu cele ale globalei medii (Qm), indiferent de nebulozitate. Diferentele sunt de ordin valoric. In cazul cerului senin radiatia directa nefiind influentata de nori îsi aduce aportul maxim în cadrul radiatiei globalei si de aceea ea atinge valori apropiate de cele maxime.

In luna solstitiului de iarna, radiatia globala pe timp senin, atinge valori la amiaza cuprinse între 296 W m-2 (Deva) si 384 W m-2 (Constanta). La ora 9 acestea sunt cuprinse între 112 W m-2 la Cluj Napoca si 182 W m -2 la Craiova .Pentru ora 15, plaja de variatie se mentine cam între aceleasi valori; 112 W m-2 (Iasi) si 160 W m -2 (Craiova).

Pentru o luna de vara (iunie), radiatia solara globala pe timp senin (Qo) depaseste la amiaza 900 W m-2. Numai la Timisoara aceasta valoare coboara la 896 W-2 .La orele extreme ale zilei, radiatia solara globala scade sub 200 W m –2, iar la orele 9 si 15, ea depaseste 700 W m -2 (733 W m -2 la Cluj Napoca, Deva si Constanta) dar nu scade sub 650 W m-2. Si în cazul lui Qo trebue remarcate valorile mai mari de la Poiana Brasov, unde în decembrie, la amiaza se atinge 370 W m-2, în iunie, 1047 W m-2. In acest caz, gradul de transparenta al aerului îsi spune cuvântul. Atmosfera montana, cu toate ca este mai umeda, este mai saraca în impuritati. In cursul anului valorile lunare ale radiatiei globale pe timp senin se dispun riguros simetric fata de luna solstitiului de vara (iunie) la toate orele considerate. Aceasta arata clar faptul ca în lipsa factorilor perturbatori de tip nebulozitate, intensitatea radiatiei solare globale este dependenta, în primul rând, de geometria Pamânt – Soare care modifica componenta radiatie directa din fluxul radiativ global. Totusi, daca se urmaresc mai atent, figurile citate se observa ca la majoritate punctelor de masura valorile radiatiei globale Qo sunt mai mari în prima jumatate a anului decât în cea de-a doua. Deci, în lunile de primavara si de la începutul verii, atmosfera este mai putin opaca, mai curata decât în lunile de toamna, acest aspect fiind determinat de caracterisicile circulatiei atmosferei la scara mare. Primavara exista o frecventa mai mare a diverselor tipuri de mase de aer polar maritim, mai transparente, fata de vara – toamna, când frecventa mai mare o au masele de aer polar continental mai impurificate. La aceasta se adauga si frecventa relativ mare a maselor de aer tropical din lunile de vara – toamna, un aer, uneori, puternic impurificat.Pe masura ce creste gradul de acoperire cu nori a boltii ceresti valorile radiatiei solare globale se modifica în sensul diminuarii lor.[8]

In cazul cerului acoperit (neb. 8-10), mersul diurn si anual se pastreaza ca si în cazul globalei medii indiferent de nebulozitate sau ca pe cer senin, el fiind în raport direct cu variatia înaltimii Soarelui.

în acest caz, valorile anuale cele mai mici se produc în luna decembrie, luna solstitiului de iarna când ho are valorile cele mai mici. Intr-o zi de decembrie cu cer acoperit valorile radiatiei globale sunt cuprinse la orele amiezii, între 118 W m -2 (Deva), 154 W m -2 (Constanta) si 170 W m -2 (Craiova). Cu cât se înainteaza spre extremitatile zilei, valorile radiatiei globale scad. Astfel, la ora 9 globala pe cer noros este cuprinsa între 38 W m -2 (Deva), 63 W m -2 (Constanta) si 73 W m -2 (Craiova). La ora 15, valoarea minima este mai mare decât cea de la ora 9; 42 W m -2 la Iasi si 67 W m -2 (Craiova). Vara intensitatea radiatiei solare globale pe cer acoperit creste odata cu înaltimea Soarelui. Astfel, în iunie aceasta nu scade, la orele amiezii sub 500 W m –2; la orele 6 si18 variaza în jurul valorii de 100 W m -2, pentru ca la orele 9 si 15 sa depaseasca accidental 400 W m -2. La altitudinea de 1000m (Poiana Brasov) valorile radiatiei solare globale pe cer acoperit sunt în decembrie mai mari decât cele de la joasa altitudine: 191 W m -2 la ora 12 si între 74 si 90 W m -2 la orele 9 si respectiv 15. In luna iunie, însa, sunt ceva mai mici, dar foarte aproape de cele de la joasa altitudine

Fenomenul se explica prin afluxul mai mare al componentei directe din radiatia globala prin faptul ca zonele înalte sunt în perioada de iarna mai însorite, cu o frecventa mare al norilor superiori transparenti decât în cele joase, unde sunt frecvente inversiuni termice cu nebulozitate stratiforma foarte opaca.

Mersul anual este ascendent în prima jumatate a anului cu maxime în iunie -iulie dupa care valorile scad pâna la minimul anual din decembrie.

Valorile extreme

Fluxurile maxime absolute ale radiatiei solare globale se produc, de regula, pe timp senin, cu o atmosfera foarte transparenta, atunci când valorile opacitatii atmosferei sunt foarte mici, deci când sunt conditii ca fluxul componentei, radiatie directa, sa fie puternic. De multe ori aceste valori se ating si în cazul unor valori moderate ale nebulozitatii, al norilor cumuliformi care prin reflexii multiple pe nori, sporesc si componenta difuza.

Mai precis, valorile de peste 1000 W m -2 se ating în intervalul aprilie – august, perioada când inaltimea Soarelui la amiaza atinge valori mari de 50o si când se îndeplinesc conditiile enumerate mai sus. Astfel, la Bucuresti se atinge 1180 W m -2 (iunie), la Cluj Napoca 1159 W m -2 (iulie) sau Iasi 1152 W m -2 (iunie). La Timisoara extrema de vara se produce în luna aprilie, când se ating la amiaza, 1138 W m -2. Pe litoral se ating 1124 W m -2 (iunie – Constanta) sau la 1000 m altitudine, 1137 W m -2 (iunie – Poiana Brasov). In lunile de iarna, valorile maxime sunt mult mai mici, urmare în primul rând, al scaderii valorilor unghiului de înaltime a Soarelui. Acum, în mod special în decembrie, ele sunt cele mai mici din an. Astfel maximele din decembrie variaza între 377 W m -2 la Craiova si aproape de 489 W m -2 la Constanta. Odata ce înaltimile Soarelui cresc maximile ating, în februarie, la 496 W m -2 ( Craiova), 600 W m -2 (Galati), 761 W m-2 (Iasi) si 789 W m -2 (Poiana Brasov).

In lunile martie si septembrie la echinoctiile de primavara si toamna, maximile de radiate oscileaza între 870 W m -2 (martie – Galati) pâna la 998 W m -2 (septembrie – Iasi).[8]

Fluxurile minime absolute ale radiatiei solare globale sunt caracteristice orelor de la începutul si sfârsitul zilei atunci când valorile lui ho sunt minime si în general pe cer complet acoperit atunci când radiatia solara directa lipseste. Iarna mai ales, când cerul este acoperit cu nori stratiformi, foarte opaci, minimele de radiatie se pot muta spre mijlocul zilei. In lunile de iarna ele variaza între 7 – 15 W m -2 iar vara între 40 – 50 W m -2 .

Variatia spatiala Ca si cele doua componente ale sale, (radiatia solara directa si difuza), radiatia solara globala prezinta si ea o variatie latitudinala datorata, atât modificarii în teritoriu a factorilor astronomici (înaltimea Soarelui) cât si a celor fizico-geografici (configuratia reliefului, circulatia atmosferei, variatia teritoriala a parametrilor meteo-climatici). Dispunerea în teritoriu a intensitatii fluxulrilor medii ale radiatiei solare globale pune în evidenta o variatia latitudinala a acesteia. Fenomenul se explica prin variatia în acest sens al valorilor înaltimii Soarelui deasupra orizontului (ho), cu toate ca pentru România aceasta variatie este relativ slaba, numai 4o de latitudine, între regiunile si nordice (Stanciu N. 1973). Modificarea lui ho, produce totusi diferentieri în valorile intensitatii radiatiei globale, mai ales, pe seama modificarii componentei radiatiei directe din formula celei globale. Astfel, în sudul tarii (Câmpia Româna, Câmpia de Vest si Dobrogea), fluxurile radiatiei globale medii (Qm) sunt cuprinse, în lunile de vara, la amiaza, între 705 W m -2 (iunie, Galati) si peste 800 W m -2, 831 W m -2 (iulie, Constanta). Tot în lunile de vara, la orele amiezii, radiatia solara globala variaza la Cluj Napoca între 691 W m -2 (iunie) si 677 Wm-2(august). In aceleasi conditii radiatia globala este cuprinsa la Iasi între 703 W m -2 (iunie) si 691 W m -2 (august).

Valorile maxime anuale ating în luna iulie: 740 W m -2 la Timisoara si Craiova, 768 W m -2 (Bucuresti) si 831 W m -2 (Constanta). La Iasi, maxima din iulie este de 719 W m-2, iar la Cluj Napoca de numai 691 W m -2. Iarna, în decenbrie, se atinge, la amiaza 195 W m -2 la Constanta, 180 W m -2 la Bucuresti si 161 W m -2 (Cluj Napoca si 154 W m -2 (Iasi). Diferentierile nord – sud se mentin si în celelalte luni din an, spre exemplu în aprilie; 593 W m -2 la ora 12 (Constata si Bucuresti) si 579 W m -2 (Cluj Napoca) sau 565 W m -2 (Iasi). In septembrie. la aceeasi ora sunt 649 W m-2 la Constanta, 621 W m -2 la Bucuresti, 565 W m -2 la Cluj Napoca si la Iasi 558 W m -2. Acelasi tip de variatie nord – sud se pastreaza si pentru radiatia globala pe timp senin (Qo) si pe cer noros (Qn). Deci, datele de masura evidentiaza un gradient latitudinal atât în valori medii (Qm) cât si în valori medii pentru cer senin (Qo) sau noros (Qn), materializat prin cresterea intensitatii fluxului radiatiei solare globale de la nord spre sud. Aceasta variatie spatiala nord -sud prezinta intensitati diferite în functie de momentul din zi si din an.

In cazul cerului senin, variatia latitudinala a radiatiei solare globale, atinge valori mai mici, în jur de 12 W m -2 / 100 km la ora 12 si în jur de 5 – 7 W m -2 / 100 km la ora 9 si respectiv 15, iar pentru zile noroase valoarea gradientului se apropie de cele ale lunilor de iarna. Conditiile locale, (configuratia Carpatilor, prezenta litoralului maritim), modifica acesta repartitie zonala nord – sud. Astfel, se remarca regiunea extracarpatica cu valori ale radiatiai golbale mai mari cu 8 – 10% decât cele din regiunea intracarpatica. In cadrul acestor doua mari regiuni mentionate mai sus, particularitatile circulatiei atmosferei, ce modifica regimul nebulozitatii, al opacitatii atmosferei, produc modificari spatiale ale valorilor radiatiei globale. Se remarca zona litoralului Marii Negre unde se ating cele mai ridicate fluxuri ale radiatiei globale din zonele joase, apoi Deva si Cluj Napoca unde se ating valorile cele mai mici din zonele de joasa altitudine. In general modul de distributie în teritoriu ale valorilor radiatiei globale sugereaza o diminuare a lor pornind din sud – est spre nord – vest, aceasta, repetam, numai pentru regiunile joase, aceasta fiind în strânsa legatura cu particularitatile zonale ale circulatiei atmosferei pe teritoriul României. Jumatatea nord – vestica si centrala a tarii se gasesc sub influenta circulatiei atlantice care aduce, în aceasta zona mase de aer mai umed, si relativ mai opac, decât cele din est.[8]

Variatia altitudinala

Prezenta marilor trepte de relief produc, prin efectul altitudinii, modificari substantiale ale caracteristicilor optice ale atmosferei, o variatie pe altitudine a fluxurilor radiatiei globale. Din pacate, în România,exista numai un singur punct de masura la altitudine al radiatiei solare globale (Poiana Brasov) situat la aproximativ 1000 metri. Spre deosebire de regiunile joase, în jur de 500 m, unde sunt situate majoritatea punctelor de masura, valorile fluxului radiatiei solare globale la altitudine prezinta o serie de particularitati, atât valorice cât si ca variatie diurna si anuala. In general, valorile radiatiei solare globale, la Poiana Brasov sunt mai mari decât cele de la joasa altitudine, fenomenul fiind mult mai puternic în cazul radiatiei globalei pe timp cu cer senin.

Astfel, în lunile de vara fluxul radiatiei solare globale pe cer senin este cuprins la Poiana Brasov între 1033 W m -2 (iunie) si 907 W m -2 (august) iar la Bucuresti între 935 W m -2 (iunie) si 838 W m -2 (august). Diferentele se mentin si în celelalte anotimpuri .Astfel, mai ales, în conditiile cerului lipsit de nori se creaza un gradient vertical al radiatiei solare globale, fenomen explicat prin modificarea caracteristicilor optice ale atmosferei.

Sumele radiatiei solare globale

Sumele medii zilnice multianuale ale radiatiei solare globale prezinta o variatie anuala caracteristica latitudinilor medii impusa de geometria Pamânt – Soare, ce determina succesiunea anotimpurilor si, ca urmare, a circulatiei atmosferei, ce determina modificari în regimul nebulozitatii, a duratei de stralucire a Soarelui si nu în ultimul rând al caracteristicilor optice ale atmosferei (tipuri de mase de aer).

Cele mai mici valori medii sunt caracteristice lunilor de iarna cu un minim anual în luna decembrie .In aceasta luna sumele medii zilnice sunt cuprinse între 882 Wh m-2 (Cluj Napoca), 948 Wh m-2 (Iasi) si 1107 Wh m-2 (Bucuresti), 1142 Wh m-2 (Constanta). Din lunile de iarna , în februarie se ating sumele zilnice medii cele mai mari, la toate statiile acestea depasind 2000 Wh m-2. Pe masura ce se înainteaza spre anotimpul cald, sumele medii zilnice cresc, ele aningând valori cuprinse între 3000 si 3500 Wh m-2 (luna martie) pâna la valori cuprinse între 5500 – 6200 Wh m-2 în luna mai.

Vara, sumele zilnice depasesc 6200 Wh m-2 ajungând pâna la 6800 Wh m-2 . Lunile iunie – iulie sunt momentele din an când se atinge valoarea maxima anuala; 6392 Wh m-2 (iunie – Iasi), 6099 Wh m-2 (iulie la Cluj Napoca), 6202 Wh m-2 (iulie la Timisoara), 6444 Wh m-2 (iulie la Bucuresti) sau 6815Whm-2 (iunie la Constanta). Incepând cu luna august sumele medii zilnice încep sa scada odata cu micsorarea duratei zilei. Ele variaza intre 5356 Wh m-2 (Cluj Napoca) si 5952 Wh m-2 (Constanta) în august, scad pâna la 4013 Wh m-2 (Cluj Napoca), 4607 Wh m-2 (Constanta) în luna septembrie, pâna la valori de 1244 Wh m-2 (Timisoara) si 1651 Wh m-2 (Galati) în luna noiembrie .Sumele medii zilnice cele mai mari de radiatie globala se realizeaza în sezonul cald, din aprilie pâna în septembrie, deci perioada dintre echinoctii, când durata zilei este cea mai mare. Lunile aprilie si septembrie reprezinta fiecare, în jur de 9% din suma anuala . Iunie si iulie detin ponderea anuala cea mai mare în ierarhia anuala cu procente ce variaza în jurul a 14%, lucru explicabil prin faptul ca acum durata zilei este cea mai mare iar valorile duratei de stralucire efectiva a Soarelui sunt dintre cele mai mari din an. Ponderea cea mai mica în bugetul radiativ mediu anual îl au lunile decembrie si ianuarie, cu procente cuprinse între 2% si 3%, .Fata de luna iunie, sumele medii zilnice ale lunii decembrie sunt de 7 ori mai mici, pe când cele din lunile septembrie si martie sunt de aproximativ doua ori mai mici

Fata de suma medie multianuala, sumele medii zilnice ale radiatiei solare globale prezinta o împrastiere mult mai mare legata de variatia gradului de acoperire a cerului cu nori. Aceasta este mai mica în perioada lunilor de iarna si mult mai mare în lunile de vara .In general, se observa ca frecventa lunara cea mai mare o au clasele valorice apropiate de normala sau clasa valorica în care se încadreaza suma medie multianuala. Valorile lunii decembrie se grupeaza numai în trei clase valorice de la 0 la 2200 Wh m-2, pentru ca cele ale lunilor iunie – iulie sa se grupeze în 8 clase valorice de la 551 pâna la 9900 Wh m-2.[8]

In luna decembrie frecventa maxima o au la Iasi, Cluj Napoca, Bucuresti si Timisoara sumele zilnice cuprinse între 551 si 1100 Wh m-2, pe când la Craiova, Constanta, cele cuprinse între 1101 – 2200 Wh m-2. Aproape jumatate din numarul de cazuri din luna decembrie se încadreaza în aceste clase valorice. Aceste diferentieri sugereaza particularitati ale regimului nebulozitatii si ale duratei de stralucire a Soarelui, mai mare pe litoral si în sudul tarii, fata de vestul si nordul tarii.

In luna iunie sumele zilnice se dispun pe mai multe clase de valori, frecventa cea mai mare având-o clasa de valori cuprinse între 6601 si 7700 Wh m-2. Ea este cuprinsa între 32.7% la (Iasi), 31.3% (Cluj Napoca), 36.0 (Galati), pe când în sudul tarii este mai mare 48.7% (Timisoara si Bucuresti), 50.7% (Craiova) si 62.0% (Constanta). Deci în regiunea litoralului, numarul de zile senine cu radiatie puternica au o fercventa mai mare decât în norul si vestul tarii, revers al particularitatilor zonale ale circulatiei atmosferei.

Valorile medii maxime si minime se dispun în general simetric fata de media multianuala, ele urmând aceeasi variatie anuala.

Sumele maxime medii variaza în lunile de iarna între 1177 Wh m-2 (decembrie) si 3053 Wh m-2 (februarie) la Cluj Napoca si 1323 Wh m-2 (decembrie) si 2874 Wh m-2 (februarie), la Iasi. In sudul tarii si pe litoral acestea sunt mai mari; 1599 Wh m-2 (decembrie) si 3654 Wh m-2 (februarie) la Constanta, sau la Bucuresti cu 1658 wh m-2 (decembrie) si 1678 Wh m-2 (februarie). Pe masura ce durata zilei creste, valorile maxime cresc si ele.

In lunile de vara acestea variaza între 7233Wh m-2 (iunie) si 6229 Wh m-2 (august) la Cluj Napoca si între 7704 Wh m-2 (iunie) si 7169 Wh m-2 (august) la Constanta .

Primavara acestea variaza de la 4731 Wh m-2 (martie – Iasi) si 4056 Wh m-2 (martie – Cluj Napoca) la 6805 – 7167 Wh m-2 în luna mai la Cluj Napoca si respectiv Iasi. Cu cât se coboara spre sud valorile maxime medii sunt mai mari; 4389 Wh m-2 (martie) si 6902 Wh m-2 (mai) la Bucuresti si 4922 Wh m-2 (martie) si 7414 Wh m-2 (mai) la Constanta.

Toamna valorile maxime medii ale lunare de toamna sunt cuprinse între 4881 si 5056 Wh m -2 în septembrie (Cluj Napoca ; Iasi) si scad pâna 1669 – 1759 Wh m-2, în noiembrie, la aceleasi statii . La Constanta, sumele zilnice de toamna sunt mai mari, ele fiind cuprinse între 5753 wh m-2 (septembrie) si 2186 Wh m-2 (noiembrie).

Sumele minime medii scad în lunile de iarna la valori în jur de 1000 Wh -2. Astfel, ele variaza între 576 Wh m-2 (Timisoara) , 651 Wh m-2 (Cluj Napoca) si 643 Wh m-2 (Bucuresti), 646Wh m-2 (Constanta), în luna decembrie, pâna la 1229 Wh m-2(Constanta) si 1401 Wh m-2 (Bucuresti), în luna februarie

Vara aceste sume sunt cuprinse între 5073 Wh m-2 (Timisoara) si 5791 Wh m-2 (Constanta) în luna iunie pentru a scadea pâna la 3822Wh m-2 (Iasi) si 4980 Wh m-2 (Constanta) în luna august.

Primavara în luna martie minimele respective variaza de la 1914 Wh m-2 (Constanta) pâna la 2744 Wh m-2 (Cluj Napoca), ele crescând pâna în jurul valorilor de 4500 – 5000 Wh m-2 în luna mai.

Toamna aceste sume sunt în septembrie, cuprinse între 2501 Wh m-2 (Timisoara) si 3758 Wh m-2 (Galati) si scad pâna la sub 1000 Wh m-2 în noiembrie. Im general, se remarca atât pentru sumele zilnice maxime si minime medii, o variatie latitudinala mai pregnanta în lunile de vara si iarna spre deosebire de anotimpurile de tranzitie când aceasta este mai putin evidenta.

Valorile maxime absolute prezinta si ele o variatie anuala impusa, în principal, de variatia înaltimii Soarelui deasupra orizontului si deci de modificarea unghiului de incidenta a razelor solare si de durata zilei. Bine înteles ca sumele zilnice maxime absolute sunt caracteristice zilelor senine. Pe un cer lipsit de nori, cantitatea de radiatie solara este maxima. Apoi, într-o astfel de zi, durata de stralucire a soarelui este maxima, ea fiind aproape identica cu durata astronomica a zilei. In opozitie cu acestea,sumele zilnice minime absolute sunt caracteristice zilelor cu cer complet acoperit, de cele mai multe ori, cu precipitatii

Cele mai mari valori ale sumelor zilnice maxime absolute ale radiatiei solare globale se ating în lunile de vara. Pe întreg teritoriul României acestea nu coboara, în general, sub 8000 Wh m-2, atingând un maxim în luna iunie .

In luna iunie sumele zilnice ating si depasesc 9000Wh m-2, 9289 Wh m-2 la Iasi, 9339 Wh m-2 la Timisoara, 9282 Wh m-2la Constanta, ect. Iarna aceste valori scad, în decembrie, la 1942 Wh m-2 la Iasi, 1954 Wh m-2 la Cluj Napoca, 2012 Wh m-2 la Timisoara si 2861 Wh m-2 la Constanta. [8]

Sumele minime absolute, sunt si ele mai mari în lunile de vara, variind între 700 pâna la aproximativ1000 Wh m-2; 897 Wh m-2 la Iasi, 926 Wh m-2 la Constanta si 977 Wh m-2 la Timisoara, în luna iunie. In luna iulie, la statiile din sudul tarii valorile pot depasi 1000 Wh m-2; 1035 Wh m-2 (Craiova), 1079 Wh m-2 (Bucuresti) si 1128 Wh m-2 (Constanta). Iarna valorile minime absolute scad pâna în jur de 100 Wh m-2; 105 Wh m-2 (Iasi), 116 Wh m-2 (Timisoara), 147 Wh m-2 (Constanta) în decembrie, pentru ca în februarie ele sa varieze între 244 Wh m-2 (Cluj Napoca) si 326 Wh m-2 (Constanta).

Influenta nebulozitatii asupra sumelor radiatiei solare globale

Norii influenteaza puternic cantitatea de radiatie solara globala.Circulatia atmosferei, prin activitatile frontale duc la o continua modificare a gradului de acoperire cu nori a boltii ceresti.Gradul de acoperire cu nori si tipul norilor influenteaza durata de stralucire a Soarelui si de aici, radiatia solara globala. Pentru a scoate mai bine în evidenta influenta norilor asupra radiatiei solare globale s-au grupat sumele zilnice ale acesteia, ca medii obtinute din zilele cu cerul senin (neb. 0 – 3) si din zilele cu cerul acoperit (neb. 8 – 10) .

Sumele medii zilnice pe cer senin (Qo) prezinta o variatie anuala cu un minim de iarna, în luna decembrie (solstitiul de iarna) si un maxim de vara, în iunie (solstitiul de vara). In decembrie acestea sunt cuprinse între 1579 Wh m-2 la Cluj Napoca, 1535 Wh m-2 la Timisoara, 1605 Wh m-2 (Iasi) si 1668 Wh m-2 la Bucuresti si 1803 Wh m-2 la Constanta. Odata cu cresterea înaltimii Soarelui si a cresterii duratei zilei, sumele zilnice cresc ajungând în luna iunie sa varieze între 8118 Wh m-2 la Timisoara, 8211 Wh m-2 la Iasi, 8419 Wh m-2 la Bucuresti si 8420 Wh m-2 la Constanta.

Pentru situatia cerului acoperit (Qn), sumele zilnice prezinta o variatie anuala identica cu cele de pe timp senin, cu minimul pronuntat din decenbrie si maximul de vara . Astfel ele variaza între 465 Wh m-2 la Timisoara, 582 Wh m-2 la Iasi si 656 Wh m-2 la, Constanta în decembrie si 2512 Wh m-2 la Iasi sau 2823 Wh m-2 la Constanta în iulie. Daca se considera raportul Q/Qo se observa ca valoarea acestuia creste de la lunile de iarna spre cele de vara.Astfel, în lunile de iarna valoarea acestui raport este cuprinsa între 0.56 – 0.69. Cele mai mici valori de iarna se ating la Cluj Napoca, pentru toate lunile.In lunile de vara, raportul creste pâna la valori de 0.80. Maxima este de 0.83 în luna august la Constanta.

1.3.4.Radiatia solara reflectata

Ajunsa la suprafata terestra o parte din radiatia solara incidenta (directa + difuza) este reflectata. Marimea fluxului radiatiei reflectate depinde, pe lânga factorii astronomici si meteo – climatici, în primul rând de natura suprafetei active, de capacitatea ei de reflexie.Raportul procentual dintre radiatia reflectata si cea incidenta poarta numele de albedou (WMO, 1982).

Albedoul

Capacitatea de reflexie a diferitelor suprafete naturale depinde, în primul rând de proprietatile ei fizice, tipuri de soluri si de vegetatie, faza fenologica, gradul de umezeala, apoi unghiul de înaltime a Soarelui si implicit unghiul de incidenta al radiatiei solare.

Se remarca marea varietate a reflectivitatii suprafetelor naturale. Cea mai mare capacitate de reflexie o are zapada proaspata, pe vreme geroasa. Valori mari ale albedoului prezinta si terenurile nisipoase si în general, orice suprafata uscata. Suprafata activa acoperita cu vegetatie (de orice fel) are o capacitate de reflexie mai mare decât solul descoperit. Albedoul covorului vegetal depinde de speciile componente si de anotimp.Padurile de rasinoase, (brad si molid), reflecta mai putin (10 – 15%) decât cele de foioase (15 – 25%). Albedoul suprafetelor acvatice este în jur de (6 – 7%) cu mult mai mic decât cel al suprafetelor terestre.

Valorile albedoului prezinta, pentru latitudinile noastre, un mers diurn specific impus, în primul rând de relatiile geometrice Pamânt – Soare, cu un minim la momentul amiezii si valori mai mari la orele extreme ale zilei

Radiatia solara reflectata

Indiferent de momentul din an, radiatia solara reflectata, în valori medii, prezinta un mers diurn cu o crestere, de la momentul rasaritului pâna la momentul amiezii adevarate, când se atinge, de regula maxima zilnica, dupa care ea scade în a doua parte a zilei spre apus .Astfel în decembrie (solstitiul de iarna), valorile orare ale radiatiei reflectate variaza între 49 Wm-2 (Constanta), 70 – 77 W m-2 la Iasi si Cluj Napoca si 167 W m-2 la Poiana Brasov la amiaza (ora 12 T.S.A). La orele 9 si 15, valorile medii ale radiatiei reflectate sunt de aproximativ trei ori mai mici, ele variind de la 21 pâna la 69 W m-2 . Valorile mai mari ale radiatiei reflectate la Iasi, Cluj Napoca si Poiana Brasov sunt mai mari decât la celelalte statii datorita intervalului mai mare de presistenta a stratului de zapada.

In lunaiunie (solstitiul de vara), mersul diurn al radiatiei reflectate se pastreaza, valorile fiind mai mari ca urmare a cresterii intensitatii radiatiei incidente si a schimbarii caracteristicilor suprafetei terestre. Vara, la ora 12, radiatia reflectata este cuprinsa între 126 W m-2 la Timisoara si Constanta, 133 W m-2 la Bucuresti si Cluj Napoca, 147 W m-2 la Iasi si 176 W m-2 la Poiana Brasov. La orele 9 si 15, radiatia reflectata scade, la toate statiile considerate, în jur de aproximativ 100 W m-2 pe când la Poiana Brasov ea variaza între 119 si 133 W m-2. Spre extremitatile zilei (orele 6 si 18) radiatia reflectata scade pâna la 50 – 21 W m-2 .

Variatia anuala a radiatiei solare reflectate prezinta doua maxime, unul de iarna si celalalt în a doua parte a verii. Pentru statiile din jumatatea nordica a României, maximul anual principal, se produce în luna februarie, când, la ora 12 se ating valori medii lunare cuprinse între 171 si 181 W m-2 la Iasi si Cluj Napoca, si 314 W m-2 la Poiana Brasov, la momentul amiezii. La statiile din sudul tarii, valorile sunt mai mici; 105 W m-2 la Timisoara, 140 W m-2 la Bucuresti si sub 100 W m-2 la Constanta, la ora 12.

Al doilea maxim, apare în luna august la statiile de joasa altitudine si în iulie la altitudinea de 1000 m. Valoric acesta este mai mic în nord (Iasi, Cluj Napoca) si în altitudine (Poiana Brasov), fata de sudul tarii si pe litoral unde el este mult mai bine exprimat decât cel de iarna. Minimul anual se atinge, la sfârsitul toamnei, în luna noiembrie, la toate statiile. [8]

1.3.5.Radiatia absorbita

Diferenta dintre fluxurile radiatiei solare globale si reflectate reprezinta valoarea radiatiei solare absorbite de catre suprafata activa terestra. Valorile radiatiei absorbite depind, în primul rând, de fluxul radiatiei descendente (radiatia solara globala), cu cât acesta este mai mare si cantitatea de radiatie absorbita va fi mai mare. Deci absorbtia radiatiei solare depinde si ea de geometria Pamânt – Soare, care produce variatiile înaltimii Soarelui pe bolta si de modificarea unghiului de incidenta a radiatiilor cu suprafata terestra, care duce la modificarea densitatii de flux. Bineînteles ca albedoul suprafetei active îsi spune cuvântul acesta disipând mai mult sau mai putin fluxul radiativ incident. In valori medii radiatia solara absorbita prezinta un mers diurn si anual asemanator cu cel al radiatiei solare globale .

Mersul diurn al radiatiei absorbite este ascendent în prima parte a zilei, atinge un maxim la amiaza dupa care scade în a doua parte a zilei. In luna decembrie, la amiaza, valorile medii ale radiatiei solare absorbite sunt cuprinse între 84 W m-2 la Iasi, 105 Wm-2 la Cluj Napoca si Timisoara si 146 Wm-2 la Constanta . La orele 9 si 15, în aceeasi luna, aceasta variaza între 28 si 35 Wm-2 la Iasi si 56 Wm-2 la Constanta

In lunaiunie valorile cresc, urnare a cresterii, în principal, al fluxurilor radiative incidente (radiatia globala). La momentul amiezii aceasta variaza între 558 Wm-2 la Cluj Napoca, 586 Wm-2 la Iasi, 607 Wm-2 la Bucuresti si 677 Wm-2 la Constanta. La orele 9 si 15 fluxul radiatiei absorbite variaza între 398 si 454 Wm-2 la Cluj Napoca si Iasi, poate atinge pâna la 461 Wm-2 la Timisoara, 426 – 468 Wm-2 la Bucuresti, 517 – 524 Wm-2 la Constanta.

Variatia anuala a fluxului radiativ absorbit se aseamana cu cea a radiatiei solare globale. Aceasta înregistreaza un minim principal iarna, si un maxim principal vara. Cantitatea de radiatie absorbita este minima, la momentul solstitiului de iarna (decenbrie), atunci când si fluxul incident este minim iar radiatia reflectata atinge valorile cele mai mari din an, ca urmare a permanentei stratului de zapada.

Maximul principal se produce în lunile de vara, iunie sau iulie, deci atunci când valorile radiatiei incidente devin si ele cele mai mari valori lunare din an. Ca si în cazul celorlalti parametrii radiativi, de care este legata (fluxul radiatiei solare globale si reflectate), radiatia absorbita prezinta o variatie spatiala (latitudinala) vizibila. Se remarca o variatie, în sensul cresterii, de la nord la sud, zonele unde absorbtia este cea mai importanta fiind litoralul si sudul tarii. Pe masura ce altitudinea cerste, fluxul radiatiei absorbite are tendinta de scadere. Astfel la Poiana Brasov acesta variaza iarna (decembrie) între 43 si 91 Wm-2, fata de 49 si 126 Wm-2 la Bucuresti în aceeasi luna. Situatia se mentine si în perioada calda a anului, în iunie: 342 – 545 Wm-2 la Poiana Brasov, fata de 468 – 607 Wm-2 la Bucuresti. In general, valorile radiatiei absorbite în regiunea montana (la 1000m) sunt comparabile cu cele atinse la statiile din jumatatea nordica a tarii (Iasi si Cluj Napoca).[8]

Stadiul actual

Una din metodele de captare a energie solara este prin conversia de energi solara in energie electrica prin celule fotovoltaice. Aceste celule fotovoltaice sunt făcute din straturi de materiale semiconductoare. Energia solară ajunsă pe suprafața panoului solar fotovoltaic, crează un câmp electric între aceste straturi și astfel se produce curent electric. O serie de celule fotovoltaice formeaza un panou fotoltaic.

Primele tipuri de panouri fotovoltaice au fost panouri monocristaline, dupa aceea au aparut panouri policristaline si ultima tehnologie aparut sunt panourile amorfe.

Exemplu caracteristici panouri fotovoltaice monocristaline:

Exemplu caracteristici panouri fotovoltaice policristaline:

3. Dispozitivul

Arduino este o platforma electronica pentru realizare de prototipuri bazat pe open-source, ușor de utilizat hardware și software. Este destinat pentru artiști, designeri, hobby-uri, și oricine este interesat de crearea de obiecte interactive.

Arduino poate simti mediul prin intratile pe care le are la dispozitie o varietate de senzori și poate controla jocuri de lumini, motoare, și alte elemente de acționare/afisare. Microcontroler de pe bord poate fi programat folosind limbajul de programare Arduino (bazat pe cablare) și mediul de dezvoltare Arduino (pe baza de procesare). Proiectele Arduino pot fi de sine stătătoare sau pot comunica cu software-ul care rulează pe un calculator (de exemplu Flash, procesare, MaxMSP).

De placi pot fi construite manual sau cumpărate preasamblate, software-ul poate fi descărcat gratuit. Proiectele de referință hardware (fișele CAD) sunt disponibile sub o licență open-source.

Arduino a primit o mențiune de onoare în secțiunea Comunități digital din 2006 Ars ​​Electronica Prix. Echipa Arduino este: Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino, și David Mellis.

3.1. Modelul Adruino ales

Arduino Uno este o placa microcontroler bazat pe ATmega328 (foaie de date). Ea are 14 de intrare / ieșire pini digitale (din care 6 pot fi folosite ca ieșiri PWM), 6 intrări analogice, un rezonator 16 MHz ceramic, o conexiune USB, o mufa de alimentare, un antet ICSP, și un buton de reset. Acesta conține tot ce este necesar pentru a sprijini microcontroler, pur și simplu îl conectați la un computer cu un cablu USB sau de alimentare cu un adaptor AC-DC sau baterie pentru a începe.

Uno diferă de la toate consiliile precedente, în sensul că nu se folosesc cip driver FTDI USB-to-serial. În schimb, acesta dispune de Atmega16U2 (Atmega8U2 până la versiunea R2), programat ca un convertor USB-to-serial.

Revizia 2 al consiliului Uno are o rezistență trăgând linia CAF 8U2 la masa, ceea ce face mai ușor de pus în modul DFU.

"Uno" înseamnă una în limba italiană și este numit pentru a marca lansarea viitoare de Arduino 1.0.Uno și versiunea 1.0 va fi versiunile de referință ale Arduino, merge mai departe.Uno este cel mai recent dintr-o serie de placi USB Arduino, și modelul de referință pentru platforma Arduino, pentru o comparație cu versiunile anterioare, a se vedea indicele de placi Arduino.

3.2 Modulele auxiliare arduino

3.2.1.Modul SD card.

Microcontrolere au extrem de limitat de stocare încorporat. De exemplu, Mega cip Arduino (Atmega2560) are 4Kbytes spatiu de stocare EEPROM.

Prezentare:

Carduri SD lucreaza doar la 3.3V si folosește FET pentru nivelul de deplasare și un regulator de 3.3V de putere atunci când funcționează la 5.0V. Un comutator permite modulului să fie utilizat cu Arduinos / YourduinoRobo1 sau Minis.

Paginile hardware Arduino pe site-ul oficial prezintă următoarele denumiri PIN:

-10 (SS) "Slave"

-11 (Mosi), "Master Out Slave În"

-12 (MISO) "Maestru în Slave Out"

-13 (SCK) "System Clock"

Fizic pentru a conecta acest modul trebuie conectați astfel:

(Arduino Pin) – Codul PIN modul

-10 (SS) a CS

-11 (Mosi) pentru DI

-12 (MISO) pentru DO

-13 (SCK) la CLK

– G la GND

– + la 5V

3.2.2. Modulul CLK

DS1307 Serial Real-Time Clock este un modul de joasa putere, codat binar (BCD) pentru ceas / calendar pe 56 bytes de NV SRAM. Adresele și datele sunt transferate serial prin intermediul a 2-fire bi-directional pe magistrala.

Ceasul / calendarul prevede secunde, minute, ore, ziua, data, luna și anul. Funcționează fie în format de 24 ore sau 12 ore cu indicator AM / PM si are un circuit construit-o în sens de putere, care detectează căderi de tensiune și comută automat la alimentare de la baterie.

DS1307 funcționează ca slave pe magistrala serială. Accesul se obține prin implementarea unei condiții START și urmat de o adresă de identificare dintr-un registru. Registre ulterioare pot fi accesate secvential pana la executarea unei condiții STOP. Când VCC scade sub 1,25 x VBAT dispozitiv termină accesul în curs de desfășurare și resetează adresa dispozitiv. Când VCC scade sub VBAT +0.2V dispozitivul intra in modulul baterie de rezervă de curent mic.

Elementele principale ale RTC serial.

3.2.3 Modul senzor de temperatura.

Senzorul TMP102 este un modul ce functioneaza pe doua fiere de date serial stocat intr-un mic SOT563. Fara a mai fi necesare alte componente suplimentare , TMP102 este capabil sa citeasca temperaturi la rezolutia de 0.0625 grade C.

Datorita simplitatii TMP102 este ideal pentru masuratea temperaturii in mai multe variante pentru comunicatii, calculatoare, industrial, consumatori si aplicatii. Dispozitivul lucreaza intre temperaturile de -40 C si +125 C.